2024高考数学专项练习圆锥曲线基础知识手册.pdf
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1、圆锥曲线一、椭圆及其性质第一定义 平面内一动点 P 与两定点 F1、F2距离之和为常数(大于 F1F2)的点轨迹第二定义 平面内一动点到定点与到准线的距离比是常数的点轨迹M F1d1=M F2d2=e焦点 焦点在 x 轴上 焦点在 y 轴上图形yxF1F2abcO A1A2B2B1x=a2cx=-a2cyxF1F2abcA1A2B2B1y=a2cy=-a2c标准方程x2a2+y2b2=1 a b 0 y2a2+x2b2=1 a b 0 范围-a x a 且-b y b-b x b 且-a y a顶点 A1-a,0,A2a,0,B10,-b,B20,b A10,-a,A20,a,B1-b,0,B
2、2b,0 轴长长轴长=2a,短轴长=2b,焦距=F1F2=2c,c2=a2-b2焦点 F1-c,0、F2c,0 F10,-c、F20,c 焦半径 P F1=a+e x0,P F2=a-e x0P F1=a-e y0,P F2=a+e y0焦点弦 左焦点弦|A B|=2a+e(x1+x2),右焦点弦|A B|=2a-e(x1+x2).离心率 e=ca=1-b2a20 e 1 准线方程 x=a2cy=a2c切线方程x0 xa2+y0yb2=1x0 xb2+y0ya2=1通径 过椭圆焦点且垂直于对称轴的弦长 A B=2b2a(最短焦点弦)焦点三角形(1)由定义可知:|P F1|+|P F2|=2a,
3、周长为:2a+2c(2)焦点三角形面积:SF1PF2=b2 t a n2(3)当 P 在椭圆短轴上时,张角 最大,1-2 e2c os(4)焦长公式:P F1=b2a-c c os、MF1=b2a+c c osMP=2ab2a2-c2 2 c os=2ab2b2+c2 2 s i n(5)离心率:e=(+)s i n+s i n s i nyxF1F2POM第 1 页 共 29 页2024 高考数学专项练习圆锥曲线基础知识手册二、双曲线及其性质第一定义 平面内一动点 P 与两定点 F1、F2距离之差为常数(大于 F1F2)的点轨迹第二定义 平面内一动点到定点与到准线的距离比是常数的点轨迹M F
4、1d1=M F2d2=e焦点 焦点在 x 轴上 焦点在 y 轴上图形yxF1F2bc虚轴实轴ayxF1F2实轴虚轴标准方程x2a2-y2b2=1 a 0,b 0 y2a2-x2b2=1 a 0,b 0 范围 x-a 或 x a,y R y-a 或 y a,x R顶点 A1-a,0、A2a,0 A10,-a、A20,a 轴长 虚轴长=2 b,实轴长=2 a,焦距=F1F2=2 c,c2=a2+b2焦点 F1-c,0、F2c,0 F10,-c、F20,c 焦半径|P F1|=a+e x0,|P F2|=-a+e x0左支添“-”离心率 e=ca=1+b2a2e 1 准线方程 x=a2cy=a2c渐
5、近线 y=bax y=abx切线方程x0 xa2-y0yb2=1x0 xb2-y0ya2=1通径 过双曲线焦点且垂直于对称轴的弦长 A B=2 b2a(最短焦点弦)焦点三角形(1)由定义可知:|P F1|-|P F2|=2 a(2)焦点直角三角形的个数为八个,顶角为直角与底角为直角各四个;(3)焦点三角形面积:S F1PF2=b2 t a n2=c y(4)离心率:e=F1F2 P F1-P F2=si n si n-si n=si n(+)si n-si n yxF1F2P第 2 页 共 29 页三、抛物线及其性质定义 平面内与一个定点 F 和一条定直线 l 的距离相等的点的轨迹称为抛物线方
6、程 y2=2 px p 0 y2=-2 px p 0 x2=2 py p 0 x2=-2 py p 0 图形yx Fx=-p2yxFx=p2yxFy=-p2yxFy=p2顶点 0,0 对称轴 x 轴 y 轴焦点 Fp2,0 F-p2,0 F 0,p2 F 0,-p2 准线方程 x=-p2x=p2y=-p2y=p2离心率 e=1范围 x 0 x 0 y 0 y 0切线方程 y0y=p x+x0 y0y=-p x+x0 x0 x=p y+y0 x0 x=-p y+y0 通径 过抛物线焦点且垂直于对称轴的弦 A B=2 p(最短焦点弦)焦点弦A B 为过 y2=2 p x p 0 焦点的弦,A(x1
7、,y1)、B(x2,y2),倾斜角为.则:(1)A F=x1+p2BF=x2+p2A B=x1+x2+p,(2)x1x2=p24y1y2=-p2(3)A F=p1-c o sBF=p1+c o s1|F A|+1|F B|=2P(4)A B=2 psin2S A OB=p22 s inA B 为过 x2=2 p y(p 0)焦点的弦,A(x1,y1)、B(x2,y2),倾斜角为.则:(1)A F=p1-s inBF=p1+s in(2)A B=2 p2 c o sS A OB=p22 c o s(3)A F BF=,则:=-1+1s inyx Fx=-p2ABOyxFABOy2=2 p x(p
8、 0)y2=2 p x(p 0)第 3 页 共 29 页四、圆锥曲线的通法F1F2PO xyO xyFPMO xyF1 F2P椭圆 双曲线 抛物线点 差 法 与 通 法1、圆锥曲线综述:联立方程设交点,韦达定理求弦长;变量范围判别式,曲线定义不能忘;弦斜中点点差法,设而不求计算畅;向量参数恰当用,数形结合记心间.2、直线与圆锥曲线的位置关系(1)直 线 的 设 法:1 若题目明确涉及斜率,则设直线:y=k x+b,需考虑直线斜率是否存在,分类讨论;2 若题目没有涉及斜率或直线过(a,0)则设直线:x=my+a,可避免对斜率进行讨论(2)研 究 通 法:联立y=k x+bF(x,y)=0 得:a
9、 x2+b x+c=0判 别 式:=b2 4 a c,韦达定理:x1+x2=ba,x1x2=ca(3)弦 长 公 式:A B=(x1-x2)2+(y1-y2)2=1+k2|x1-x2|=(1+k2)(x1+x2)2-4 x1x2=1+1k2(y1+y2)2 4 y1y2 3、硬解定理设直线 y=k x+与曲线x2m+y2n=1 相交于 A(x1,y1)、B(x2,y2)由:y=k x+nx2+my2=mn,可得:(n+mk2)x2+2 k mx+m(2-n)=0判别式:=4 mn(n+mk2-2)韦达定理:x1+x2=-2 k mn+mk2,x1x2=m(2-n)n+mk2由:|x1-x2|=
10、(x1+x2)2-4 x1x2,代入韦达定理:|x1-x2|=n+mk2 4、点差法:若直线 l 与曲线相交于 M、N 两点,点 P(x0,y0)是弦 M N 中点,M N 的斜率为 kMN,则:在椭圆x2a2+y2b2=1(a b 0)中,有 kMNy0 x0=b2a2;在双曲线x2a2y2b2=1(a b 0)中,有 kMNy0 x0=b2a2;在抛物线 y2=2 p x(p 0)中,有 kMN y0=p.(椭 圆)设 M、N 两两点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2),第 4 页 共 29 页则有x12a2+y12b2=1,(1)x22a2+y22b2=1.(2)(1)(2),得x
11、12 x22a2+y12 y22b2=0.y2 y1x2 x1y2+y1x2+x1=b2a2.又 kMN=y2 y1x2 x1,y1+y2x1+x2=2 y2 x=yx.kMNyx=b2a2.圆 锥 曲 线 的 参 数 方 程1、参数方程的概念在平面直角坐标系中,曲线上任意一点的坐标 x,y 都是某个变数 t 的函数x=f(t)y=g(t)并且对于 t 的每一个允许值,由这个方程所确定的点 M(x,y)都在这条曲线上,该方程就叫做这条曲线的参数方程,联系变数 x,y 的变数 t 叫做参变数,简称参数.相对于参数方程而言,直接给出点的坐标间关系的方程叫做普通方程.2、直线的参数方程(1)过定点
12、P(x0,y0)、倾斜角为(2)的直线的参数方程x=x0+t co s y=y0+t sin(t 为参数)(2)参 数 t 的 几 何 意 义:参数 t 表示直线 l 上以定点 M0为起点,任意一点 M(x,y)为终点的有向线段的长度再加上表示方向的正负号,也即|M0M|=|t|,|t|表示直线上任一点 M 到定点 M0的距离.当点 M 在 M0上方时,t 0;当点 M 在 M0下方时,t 0;当点 M 与 M0重合时,t=0;(3)直线方程与参数方程互化:y yo=t a n(x xo)x=x0+t co s y=y0+t sin(t 为参数)(4)直 线 参 数 方 程:x=x0+a ty
13、=y0+b t(t 为参数),当 a2+b2=1 时,参数方程为标准型参数方程,参数的几何意义才是代表距离.当 a2+b2 1 时,将参数方程化为x=x0+aa2+b2ty=y0+ba2+b2t 然后在进行计算.3、圆的参数方程(1)圆心(a,b),半径 r 的圆(x-a)2+(y-b)2=r2参数方程x=a+r co s y=b+r sin(为参数);特 别:当 圆 心 在 原 点 时,半 径 为 r 的 圆 x2+y2=r2的 参 数 方 程 为:x=r co s y=r sin(是参数).(2)参 数 的 几 何 意 义:表示 x 轴的正方向到圆心和圆上任意一点的半径所成的角.(3)消
14、参 的 方 法:利用 sin2+co s2=1,yxF1F2PNOMyxM0tOM1P(x,y)rxy第 5 页 共 29 页可得圆方程:(x-a)2+(y-b)2=r2 4、椭圆的参数方程(1)椭圆x2a2+y2b2=1(a b 0)的参数方程为x=a co s y=b sin(为参数);椭圆y2a2+x2b2=1(a b 0)的参数方程为x=b co s y=a sin(为参数);(2)参 数 的 几 何 意 义:参数 表示椭圆上某一点的离心角.如图所示,点 P 对应的离心角为=QO x(过 P 作P Q x 轴,交大圆即以 2 a 为直径的圆于 Q),切不可认为是=P O x.5、双曲线
15、的参数方程(1)双曲线x2a2-y2b2=1(a b 0)的参数方程x=a sec y=b t a n(为参数);sec=1co s 双曲线y2a2-x2b2=1(a b 0)的参数方程x=b co t y=a csc(为参数);csc=1sin(2)参 数 的 几 何 意 义:参数 表示双曲线上某一点的离心角.6、抛物线的参数方程(1)抛物线 y2=2 p x 参数方程x=2 p t2y=2 p t(t 为参数,t=1t a n);(2)参 数 t 的 几 何 意 义:抛物线上除顶点外的任意一点与原点连线的斜率的倒数.t=1kOP仿 射 变 换 与 齐 次 式1、仿射变换:在几何中,一个向量
16、空间进行一次线性变换并接上一个平移,变换为另一个向量空间.2、椭圆的变换:椭圆 b2x2+a2y2=a2b2变换内容x=xy=aby x=xy=bay x=baxy=y x=abxy=y 圆方程x2+y2=a2x2+y2=b2图示yxABOCyxABOCyxABOCyxABOC点坐标A(x0,y0)A(x0,aby0)A(x0,y0)A(bax0,y0)斜率变化k=abk,由于 kA C kB C=1 kA C kBC=bakA C bakB C=b2a2k=abk,由于 kA C kB C=1 kA C kBC=bakA C bakB C=b2a2弦长变化则 A B=1+k2x1-x2 A
17、B=1+k 2x1-x2=1+(ab)2k2x1-x2 yxPOQ第 6 页 共 29 页面积变化S A BC=baS A B C(水 平 宽 不 变,铅锤高缩小)S A BC=abS A B C(水 平 宽 扩 大,铅垂高不变)3、中点弦问题,kOP kA B=b2a2,中垂线问题kOPkMP=b2a2,且 xM=c2x0a2yN=-c2y0b2,拓 展 1:椭圆内接 A BC 中,若原点 O 为重心,则仿射后一定得到 O B C 为 1 20 的等腰三角形;A B C 为等边三角形;拓 展 2:椭圆内接平行四边形 O A P B(A、P、B)在椭圆上,则仿射后一定得菱形 O A P B 4
18、、面积问题:(1)若以椭圆x2a2+y2b2=1 对称中心引出两条直线交椭圆于 A、B 两点,且 kOA kOB=b2a2,则经过仿射变换后 kOA kOB=1,所以 S A OB为定值.(2)若椭圆方程x2a2+y2b2=1 上三点 A,B,M,满足:kOA kOB=b2a2 S A OB=a b2 O M=sin O A+co s O B 0,2,三者等价 5、平移构造齐次式:(圆锥曲线斜率和与积的问题)(1)题 设:过圆锥曲线上的一个定点 P 作两条直线与圆锥曲线交于 A、B,在直线 P A和 P B 斜率之和或者斜率之积为定值的情况下,直线 A B 过定点或者 A B 定斜率的问题.(
19、2)步 骤:将公共点 平移到坐标原点(点平移:左加右减上减下加)找出平移单位长.由中的平移单位长得出平移后的圆锥曲线 C,所有直线方程统一写为:mx+ny=1将圆锥曲线 C展开,在一次项中乘以 mx+ny=1,构造出齐次式.在齐次式中,同时除以 x2,构建斜率 k 的一元二次方程,由韦达定理可得斜率之积(和).圆 锥 曲 线 考 点 归 类(一)条件方法梳理1、椭圆的角平分线定理(1)若点 A、B 是椭圆x2a2+y2b2=1(a b 0)上的点,A B 与椭圆长轴交点为 N,在长轴上一定存在一个点 M,当仅当则 xM xN=a2时,A M N=BM N,即长轴为角平分线;(2)若点 A、B
20、是椭圆x2a2+y2b2=1(a b 0)上的点,A B 与椭圆短轴交点为 N,在短轴上一定存在一个点 M,当仅当则 yM yN=b2时,A M N=BM N,即短轴为角平分线;2、关于角平分线的结论:若直线 A O 的斜率为 k1,直线 C O 的斜率为 k2,E O 平分 A O C则有:k1+k2=t a n+t a n(-)=0角平分线的一些等价代换条件:作 x 轴的对称点、点到两边的距离相等.3、四种常用直线系方程第 7 页 共 29 页(1)定点直线系方程:经过定点 P0(x0,y0)的直线系方程为 y-y0=k(x-x0)(除直线 x=x0),其中 k 是待定的系数;经过定点 P
21、0(x0,y0)的直线系方程为 A(x-x0)+B(y-y0)=0,其中 A,B 是待定的系数(2)共 点 直 线 系 方 程:经 过 两 直 线 l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0 的 交 点 的 直 线 系 方 程 为(A1x+B1y+C1)+(A2x+B2y+C2)=0(除 l2),其中 是待定的系数(3)平 行 直 线 系 方 程:直 线 y=k x+b 中 当 斜 率 k 一 定 而 b 变 动 时,表 示 平 行 直 线 系 方 程 与 直 线 A x+By+C=0 平行的直线系方程是 A x+By+=0(0),是参变量(4)垂 直直 线系 方程:与 直
22、 线 A x+By+C=0(A 0,B 0)垂直 的直 线系 方程 是 Bx-A y+=0,是 参 变量4、圆系方程(1)过 直 线 l:A x+By+C=0 与 圆 C:x2+y2+D x+E y+F=0 的 交 点 的 圆 系 方 程 是 x2+y2+D x+E y+F+(A x+By+C)=0,是待定的系数(2)过 圆 C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0 与 圆 C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0 的 交 点 的 圆 系 方 程 是 x2+y2+D1x+E1y+F1+(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0,是待定的系数(二)圆锥曲线过定点问题1、直线过定点的背景:(1)
23、直线过定点模型:A,B 是圆锥曲线上的两动点,M 是一定点,其中,分别为 M A,MB 的倾斜角,则:、M A M B 为定值 直线 A B 恒过定点;、kMA kMB为定值 直线 A B 恒过定点;、+=(0 0)上的两动点,,分别为 O A,O B 的倾斜角,则:O A O B kOA kOB=-1-=2 直线 A B 恒过定点(2 p,0).(3)椭 圆 中 直 线 过 定 点 模 型:A,B 是 椭 圆x2a2+y2b2=1(a b 0)上 异 于 右 顶 点 D 的 两 动 点,其 中,分 别为 D A,D B 的倾斜角,则可以得到下面几个充要的结论:D A D B kD A kD
24、B=-1-=2 直线 A B 恒过定点(a c2a2+b2,0)2、定点的求解方法:1 含参形式简单的直线方程,通过将直线化为 y-y0=k(x-x0)可求得定点坐标(x0,y0)2 含参形式复杂的通过变 换 主 元 法 求解定点坐标.变 换 主 元 法:将直线化为 h(x,y)+f(x,y)=0,解方程组:h(x,y)=0f(x,y)=0 可得定点坐标.eg:直线方程:(2 m+1)x+(m-5)y+6=0,将 m 看作主元,按照降幂排列:(2 x+y)m+x-5 y+6=0,解方程组:2 x+y=0 x-5 y+6=0,解得:x=-61 1y=1 21 1,求得直线过定点(-61 1,1
25、21 1).3、关于以 A B 为直径的圆过定点问题:(1)直接法:设出参数后,表示出圆的方程.圆 的 直 径 式 方 程:(x-x1)(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0(2)由特殊到一般:利用赋值法,先求出几个位置的圆方程,联立圆方程解出公共交点,第 8 页 共 29 页该交点即为圆所过的定点,再利用向量数量积为 0 证明点恒在圆上.(三)圆锥曲线面积问题1、面积的求解方法:(1)S A BC=12M N d,从公式可以看出,求面积重在求解弦长和点到线的距离.(2)S A BC=12 水平宽 铅锤高,主要以点的坐标运算为主.(3)S A OB=12x1y2-x2y1 例题 1.在平面
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